Die neuartige Solarzellenarchitektur funktioniert unter realen Bedingungen gut

Solarenergie ist eine saubere und erneuerbare Energiequelle. Solarzellen Existenz in welcher Regel aus einem Halbleitermaterial, dasjenige Sonnenlicht absorbiert und Strom erzeugt. Die Menge an Sonnenlicht, die in Strom umgewandelt werden kann, ist jedoch eingeschränkt. Standard-Single-Junction-Solarzellen sind theoretisch aufwärts zusammensetzen maximalen Leistungsumwandlungswirkungsgrad (PCE) von 30 von Hundert eingeschränkt. Dies ist die berühmte „Shockley-Queisser-Grenze“, die aus einem Kompromiss zwischen Lichtabsorption und Ladungsträger-Thermalisierung entsteht.

Um sie Grenze zu den Rest geben und höhere Wirkungsgrade zu hinhauen, wurden verschiedene Designs für jedes Solarzellen in Betracht gezogen. Z. B. nutzen Hot-Carrier-Solarzellen (HCSCs) die überschüssige kinetische Leistung von photoangeregten Elektronen (im Vorfeld sie wie Wärme verloren in Betracht kommen), um die PCE zu verbessern. Solche Konstruktionen nach sich ziehen es jedoch in welcher Realität nicht geschafft, die Shockley-Queisser-Grenze zu passieren.

Dies könnte an ihrer Sensibilität für jedes „Nichtidealitäten“ liegen. Problemlos ausgedrückt: Abweichungen von idealen Szenarien, wie z. B. aufgrund von unvollkommenem Konzept, nicht optimalen Materialien oder Betriebsbedingungen, reduzieren ihren PCE aufwärts oder unter die Shockley-Queisser-Grenze. Konversionsstrategien zu tun sein von dort die Widerstandsfähigkeit von Solarzellendesigns gegen solche Nichtidealitäten berücksichtigen.

Vor diesem Hintergrund testete ein internationales Forscherteam die Widerstandsfähigkeit einer neuartigen Solarzellenarchitektur, einer Hot-Carrier-Multijunction-Solarzelle (HCMJSC), im Vergleich zu einem nicht idealen Konzept mit nicht optimalen Materialien. Dasjenige HCMJSC bestand aus einer Platte mit einer dünnen oberen Verbindungsstelle mit heißen Trägern, die mit einer dicken unteren Verbindungsstelle mit kaltem Träger verbunden war. Sie verglichen seine Leistung mit denen welcher Referenzstandards, die von Mehrfachsolarzellen (MJSCs) und HCSC festgesetzt wurden. Ihre Ergebnisse werden im SPIE Journal of Photonics for Energy (JPE) veröffentlicht.

Wie in JPE berichtet, bewerteten die Forscher die PCEs mit einem Schema, dasjenige mehrere Übergänge und Hot-Carrier-Effekte berücksichtigte und ein Standard-Absorptionsmodell implementierte. Sie berechneten, wie sich die PCE mit Abstimmungsparametern wie Einfallsintensität, Absorberdicke, Bandlücke, Temperatur und Thermalisierungsrate (die die Leistung spezifisch, mit welcher die Photoelektronen ihre zusätzliche kinetische Leistung verlieren) änderte.

Zum Besten von optimale Designs zeigte welcher HCSC die höchste PCE, gefolgt von HCMJSC und MJSC. Welcher HCMJSC zeigte jedoch zusammensetzen relativ geringeren Fallen welcher Nutzen c/o nicht optimalen Designs (Materialien mit nicht optimalen Bandlücken und endlichen Thermalisierungsraten) und demonstrierte somit eine überlegene Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Designmängeln.

Darüber hinaus zeigte dasjenige HCMJSC im Vergleich zum HCSC entspanntere Anforderungen an die Thermalisierung heißer Träger. Indem konnte welcher beste MJSC-Wirkungsgrad, welcher mit verfügbaren Thermalisierungskoeffizienten erzielt wurde, übertroffen werden. Es erweiterte zweitrangig die Sortiment an Kandidatenmaterialien, die für jedes die Gestaltung von HCMJSCs probat sind.

Schließlich testeten die Forscher die Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Betriebsbedingungen, um sicherzustellen, dass die Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Konstruktionsfehlern nicht aufwärts Preis einer erhöhten Trennschärfe im Vergleich zu äußeren Bedingungen erreicht wurde. Dazu wurden die jährlichen gemittelten Wirkungsgrade für jedes nicht ideale Sonneneinstrahlung (geschätzt unter Einsatz von eines Standard-Referenzspektrums) berechnet: Allesamt drei Designs zeigten zusammensetzen niedrigeren durchschnittlichen Wirkungsgrad wie ihre Nennwerte. Während HCMJSCs mit hoher Bandlücke verwandt wie MJSCs funktionierten, waren HCMJSCs mit niedriger Bandlücke irgendwas empfindlicher im Vergleich zu Beleuchtungseffekten.

JPE-Chefredakteur Sean Shaheen (University of Colorado Boulder) bemerkt: „Hot-Carrier-Photovoltaik wurde seit dieser Zeit den frühen 1980er Jahren vorgeschlagen, um höhere Wirkungsgrade zu hinhauen, die die herkömmliche Grenze welcher „detaillierten Bilanzaufstellung“ durchbrechen, nur dasjenige nach sich ziehen sie noch nicht getan in welcher Realität zu realisieren. Die Arbeit von Giteau und Kollegen bietet eine Strategie, um sie welcher Verwirklichung näher zu erwirtschaften, während die Beschränkung aufwärts nahezu perfekte Materialien gelockert wird, die des Weiteren leichtgewichtig die Leistung realer Geräte verringert.

Insgesamt liefert sie Studie wichtige Einblicke in die Faktoren, die die Leistung von Solarzellen und die für jedes ihre Anwendungen und andere Technologien aufwärts dem Gebiet relevanten Belastbarkeiten einnebeln, und öffnet notfalls Türen für jedes bessere Solarzellendesigns.

Forschungsbericht: Mehrfachsolarzellen mit heißen Trägern: Trennschärfe und Widerstandsfähigkeit im Vergleich zu Nichtidealitäten

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